CN111644825A - 一种小型电机轴精密锻件制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了动力系统中驱动电机制造领域的一种小型电机轴精密锻件制造方法，这种方法为：将冷拉圆钢棒料在带锯机上进行锯切下料得到坯料，再将坯料进行抛丸处理、磷化处理、润滑处理得到表面处理坯件；在常温下利用金属的塑性变形对表面处理坯件进行冷挤压制坯加工，在冷挤压制坯过程中迫使金属沿表面处理坯件的轴向方向流动，形成一直径缩小的小圆柱体和圆锥台，得到冷挤压坯件；相对于现有技术的热锻成形加工方式，本技术方案利用金属在常温下进行塑性变形的冷锻成形方法，既避免了坯料加热时的金属氧化和烧损，又避免了因坯料炙热的高温所引起的模具塑性变形和疲劳破断或崩块，这不仅提高了模具的使用寿命，还保证了锻件尺寸的一致性。
Description
技术领域
本发明属于动力系统中驱动电机制造领域，具体是一种小型电机轴精密锻件制造方法。
背景技术
电机轴是动力系统驱动电机中的一个关键零件，量大面广；它的作用是将驱动电机的最大转矩传递到被拖动的机械上。电机轴在工作时的转速高，而且在电机轴工作过程中常常还会遇到突然加载或异常负载等瞬时过载状况。
鉴于电机轴的上述工作环境，要求电机轴应具有高的强度、良好的韧性、高的尺寸精度和表面质量、高的配合精度，以保证驱动电机能够高速、平稳、可靠、无噪音运行。
在现有技术中，小型电机轴锻件一般是在锻压机床上采用热锻成形的方法得到的。在这种技术中，坯料首先需要进行整体加热或局部加热，其加热温度一般在900℃～1100℃之间，然后再进行热锻成形。在热锻成形生产过程中，由于模具与炽热的坯料之间的直接接触，使得模具的温度快速升高，这种模具温度的快速升高不仅容易引起模具的塑性变形，还会产生较大的热应力；当热锻成形完成并取走锻件以后模具的温度又会因喷洒或喷淋润滑剂而急速降低，又会产生较大的反向热应力，模具在这两种热应力的反复作用下很容易产生疲劳裂纹，从而导致模具的疲劳破断或崩块。因此，采用热锻成形的方法生产小型电机轴锻件时不仅锻件的尺寸精度不高、表面质量不好、后续切削加工余量较大，而且模具的使用寿命也不高；由于锻件的后续切削加工余量较大，这不仅浪费了材料、占用了大量的加工工时，又降低了生产效率、提高了制造成本。
现有电机轴加工中亟需一种既能提高生产效率、提高材料利用率、降低制造成本的新型生产方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种小型电机轴精密锻件制造方法以满足电机轴的工作要求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种小型电机轴精密锻件制造方法，将冷拉圆钢棒料在带锯床上进行锯切下料得到坯料，再将坯料进行抛丸处理、磷化处理、润滑处理得到表面处理坯件，然后在常温下利用金属的塑性变形对表面处理坯件进行冷挤压制坯加工，在冷挤压制坯过程中迫使金属沿表面处理坯件的轴向方向流动，形成一直径缩小的小圆柱体和圆锥台，得到冷挤压坯件；再将冷挤压坯件在常温下进行冷镦挤成形加工，在冷镦挤成形过程中迫使冷挤压坯件小端部位的金属沿轴向和径向两个方向流动、冷挤压坯件大端下部部位的金属沿轴向方向流动，在冷挤压坯件的小圆柱体部位形成一段与冷镦挤模具中的渐开线齿形凹槽形状相适配的渐开线齿形外花键，在冷挤压坯件的圆锥台部位形成一段直径变大的法兰盘，在冷挤压坯件的大端下部部位形成一段直径缩小的台阶，由此得到冷镦挤件。
进一步，包括以下步骤：
S1将直径为φ12mm的冷拉圆钢棒料在带锯床上进行锯切加工，得到直径φ12mm、长度为54mm的坯料；
S2将锯切加工后的坯料进行抛丸处理、磷化处理、以MoS2作为润滑剂的润滑处理，使坯料的表面覆盖一层含有MoS2润滑剂的多孔磷酸盐薄膜润滑层，得到表面处理坯件；抛丸处理是采用细小的钢丸高速喷射到坯料的表面上将坯料表面的氧化皮和端面的毛刺去除，达到洁净坯料表面的目的；磷化处理是将抛丸处理的坯料在80℃左右的磷化液中浸泡30分钟左右，使坯料的表面上生成一层多孔的磷酸盐薄膜；润滑处理是将磷化处理的坯料在含有MoS2润滑剂和少量机油的振荡机上进行5分钟左右的振荡，使坯料的表面上涂覆一层含有MoS2润滑剂的磷酸盐薄膜润滑层。
S3将表面处理坯件插入冷挤压制坯模具的凹模型腔中，然后利用冷挤压制坯模具的凸模对表面处理坯件施加挤压力，在表面处理坯件的下端部位成形出一直径缩小的台阶段，得到冷挤压坯件；冷挤压制坯过程中产生的台阶包括倒角30°、长度2.5mm的圆锥台和直径φ9.5mm、长度6mm的小圆柱体。
S4将冷挤压坯件插入冷镦挤模具的凹模型腔中，然后利用冷镦挤模具的凸模对冷挤压坯件施加挤压力，在冷挤压坯件的小圆柱体部位成形出一段形状、尺寸与冷镦挤模具中的渐开线齿形凹槽形状相适配的渐开线齿形外花键，在冷挤压坯件的圆锥台部位成形出一段直径变大的法兰盘，在冷挤压坯件的大端下部部位成形出一段直径缩小的台阶，得到冷镦挤件；在冷镦挤成形过程中得到齿顶圆直径φ9.8mm、高度6.1mm的渐开线齿形外花键，和直径φ17.6mm、高度1.9mm的法兰盘，并得到倒角30°、长度1.8mm的短圆锥台和直径φ10.4mm、长度12.5mm的圆柱体组成的台阶。
进一步，所述坯料的材质为15CrMo低碳低合金结构钢、采用冷拉圆钢在带锯床上进行锯切下料而成。
进一步，所述锯切加工中坯料的外圆表面粗糙度为Ra1.6μm以下、端面表面粗糙度为Ra6.3μm以下。
进一步，所述冷镦挤成形后的冷镦挤件的表面粗糙度为Ra1.6μm以下。
采用上述方案后实现了以下有益效果：
1、相对于采用热锻成形加工工艺的现有技术，本技术方案采用金属在室温下进行塑性变形的冷锻成形加工工艺，所得到的冷镦挤件不仅尺寸精度高、表面质量高，而且尺寸的一致性也很高。
2、相对于热成形加工方式的现有技术，本技术方案利用金属在室温下进行塑性变形的冷成形加工方式，避免了在成形过程中因模具温度的反复升高、降低所引起的早期疲劳破坏或崩块，以及避免了因模具温度升高所引起的模具塑性变形，提高了模具的使用寿命。
3、相对于采用一道工序的热锻成形现有技术，本技术方案利用冷挤压制坯和冷镦挤成形相结合的两道工序的冷锻成形，得到了后续机械加工余量很少的冷镦挤件，实现了高精度加工，既提高了材料利用率、减少了后续机械加工工时，又降低了制造成本。
4、相对于坯料需要加热的热锻成形现有技术，本技术方案的坯料无需加热就能直接进行冷锻成形，避免了因坯料加热需要时间、炽热的坯料无法手工抓取需要夹钳或机械手抓取所浪费的时间所引起的生产效率不高的问题，既减少了能源消耗又提升了生产效率，进一步降低了制造成本。
5、相对于润滑效果不良的热锻成形现有技术，本技术方案对坯料进行抛丸处理、磷化处理和以MoS2作为润滑剂的润滑处理，使坯料的表面生成一层与坯料表面紧密结合的、含有MoS2润滑剂的磷酸盐薄膜层润滑层，该润滑层能在冷锻成形过程中随金属的塑性变形而变形，不会破断或剥落，保证了冷锻成形过程中模具表面与坯料的变形表面之间始终处于良好的润滑状态，能得到表面粗糙度在Ra1.6μm以下的高表面质量锻件。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2为本发明锯切下料后的坯料图；
图3为本发明冷挤压制坯后的冷挤压制坯件结构图；
图4为本发明冷镦挤成形后的冷镦挤件结构图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如附图1所示：一种小型电机轴精密锻件制造方法，这种方法主要包括锯切下料、表面处理、冷挤压制坯和冷镦挤成形。
请参考图2，操作人员在带锯床上对表面粗糙度Ra1.6μm以下的冷拉圆钢棒料进行锯切下料，锯切后得到的坯料直径为φ12mm、长度为54mm的圆柱体，坯料端面的表面粗糙度控制在Ra6.3μm以下。随后操作人员将坯料在抛丸机、磷化处理生产线和振荡机上进行表面润滑处理，得到表面处理坯件；然后再将表面处理坯件放入冷挤压制坯模具中进行冷挤压制坯加工。
请参考图3，在冷挤压制坯过程中主要进行正挤压成形，迫使表面处理坯件的下端部位成形出一直径缩小的台阶，得到冷挤压坯件；冷挤压制坯过程中产生的台阶包括倒角30°、长度2.5mm的圆锥台和直径φ9.5mm、长度6mm的小圆柱体；经过冷挤压制坯处理后的冷挤压坯件的表面粗糙度达到Ra1.6μm以下。
请参考图4，完成冷挤压制坯工艺处理后，操作人员取出冷挤压坯件，然后将冷挤压坯件放入冷镦挤模具的凹模中，此时操作人员启动压力机对冷挤压坯件施加挤压力，在挤压力的作用下在冷挤压坯件的小圆柱体部位成形出一段形状、尺寸与冷镦挤模具中的渐开线齿形凹槽形状相适配的渐开线齿形外花键，在冷挤压坯件的圆锥台部位成形出一段直径变大的法兰盘，在冷挤压坯件的大端下部部位成形出一段直径缩小的台阶，得到冷镦挤件；在冷镦挤成形过程中得到齿顶圆直径φ9.8mm、高度6.1mm的渐开线齿形外花键，和直径φ17.6mm、高度1.9mm的法兰盘，并得到倒角30°、长度1.8mm的短圆锥台和直径φ10.4mm、长度12.5mm的圆柱体组成的台阶；经过冷镦挤成形后的冷镦挤件表面粗糙度达到Ra1.6μm以下。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种小型电机轴精密锻件制造方法，其特征在于：将冷拉圆钢棒料进行锯切下料得到坯料，再对坯料进行抛丸处理、磷化处理、润滑处理，得到表面处理坯件；然后在常温下利用金属的塑性变形对表面处理坯件进行冷挤压制坯加工，在冷挤压制坯过程中迫使金属沿表面处理坯件的轴向方向流动，形成一直径缩小的小圆柱体和圆锥台，得到冷挤压坯件；再将冷挤压坯件在常温下利用金属的塑性变形进行冷镦挤成形加工，在冷镦挤成形过程中迫使冷挤压坯件小端部位的金属沿轴向和径向两个方向流动、冷挤压坯件大端下部部位的金属沿轴向方向流动，在冷挤压坯件的小圆柱体部位形成一段与冷镦挤模具中的渐开线齿形凹槽形状相适配的渐开线齿形外花键，在冷挤压坯件的圆锥台部位形成一段直径变大的法兰盘，在冷挤压坯件的大端下部部位形成一段直径缩小的台阶，由此得到冷镦挤件。
2.根据权利要求1所述的一种小型电机轴精密锻件制造方法，其特征在于：包括以下步骤；
S1将直径为φ12mm的冷拉圆钢棒料在带锯床上进行锯切加工，得到直径φ12mm、长度为54mm的坯料；
S2将锯切加工后的坯料进行抛丸处理、磷化处理、以MoS2作为润滑剂的润滑处理，使坯料的表面覆盖一层含有MoS2润滑剂的多孔磷酸盐薄膜润滑层，得到表面处理坯件；
S3将表面处理坯件插入冷挤压制坯模具的凹模型腔中，然后利用冷挤压制坯模具的凸模对表面处理坯件施加挤压力，在表面处理坯件的下端部位成形出一直径缩小的小圆柱体和圆锥台，得到冷挤压坯件；
S4将冷挤压坯件插入冷镦挤模具的凹模型腔中，然后利用冷镦挤模具的凸模对冷挤压坯件施加挤压力，在冷挤压坯件的小圆柱体部位成形出一段形状、尺寸与冷镦挤模中的渐开线齿形凹槽形状相适配的渐开线齿形外花键，在冷挤压坯件的圆锥台部位成形出一段直径变大的法兰盘，在冷挤压坯件的大端下部部位成形出一段直径缩小的台阶，得到冷镦挤件。
3.根据权利要求2所述的一种小型电机轴精密锻件制造方法，其特征在于：所述坯料的材质为15CrMo低碳低合金结构钢、采用冷拉圆钢在带锯床上锯切下料而成。
4.根据权利要求3所述的一种小型电机轴精密锻件制造方法，其特征在于：所述锯切加工中坯料的外圆表面粗糙度为Ra1.6μm以下、端面表面粗糙度为Ra6.3μm以下。
5.根据权利要求4所述的一种小型电机轴精密锻件制造方法，其特征在于：所述冷镦挤成形后的冷镦挤件的表面粗糙度为Ra1.6μm以下。
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|---|---|---|---|---|
| CN113414329A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-21 | 昆山三民涂赖电子材料技术有限公司 | 一种锻件胚料脱模用表面处理工艺 |
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